JPS63199529A - 高速光バス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速光バスに関し、特に電子計算機、電子交
換機等の情報処理システムに用いられて好適な高速光バ
スに関する。

（従来の技術） 電子計算機等を用いた情報処理の高速化・分散化が進む
につれ、大容量情報を高速且つ高品質で伝送可能な光フ
ァイバを用いた高速光バスの必要性が高まりつつある０
本発明はこの高速光バスに関するものである。

第２図は、Ｎ＋１本の光ファイバを用いた一般的な高速
光バスの構成を示す図である。同図において、３０１は
送信部、　３０２（１）〜３０２（Ｎ）はデータ線、　
３０２（Ｎ＋　１　）は同期線、３０３（１）〜３０３
（Ｎ＋　１）は電気／光変換部（ＥＯ）、３０４（１）
〜３０４（Ｎ＋　１　）は光ファイバ、３０５（１）〜
３０５（Ｎ＋　１　）は光／電気変換部（ＯＥ）、３０
６〜３０６（Ｎ＋　１　）は広帯域アンプ（Ａ）、３０
９（１）〜３０９（Ｎ）は識別再生回路（ＤＣ）、３１
０は受信部である。

第２図のごとく、送信部３０１から送信される同期クロ
ック及びこの同期クロックに同期した８本の並列情報は
、各々同期線３０２（Ｎ＋　１　）及びデータ線３０２
（１）〜３０２（Ｎ）を用いて伝送され、Ｎ＋１個の電
気／光変換部３０３（１）〜３０３（Ｎ＋１）で電気信
号から光信号に変換される。この光信号がＮ＋１本の光
ファイバ３０４（１）〜３０４（Ｎ＋１）を用いて受信
側へ伝送きれ、受信側のＮ＋１個の光／１１Ｃ気変換部
３０５（１）〜３０５（Ｎ＋　１　）で電気信号に変換
され同期クロック及び受信情報となる。更に前述の８本
のデータ線３０２（１）〜３０２（Ｎ　）を用いて伝送
された受信情報は、同期線３０２（Ｎ＋　１　”）を用
いて伝送された同期クロックと識別再生回路３０９（１
）〜３０９（Ｎ＋　１　）を用いて、波形の識別１１形
及び再生を行い、受信部３０１に情報を伝送している。

（発明が解決しようとする問題点） 第２図において、電気／光変換部３０３（１）〜３０３
（Ｎ＋　１　）　、光／電気変換部３０５（１）〜３０
５（Ｎ＋１）、広帯域アンプ３０６（１”）〜３０６（
Ｎ＋１）は、一般にトランジスタ等の電気素子や、レー
ザダイオード、発光ダイオード等の発光素子、及びアバ
ランシェフォトダイオード等の受光素子から構成されて
おり、これら各素子は個々に特性のばらつきを有してい
る０例えば、電気素子は波形の応答特性のばらつき、発
光素子は発光波長のばらつき、更には各素子の温度特性
のばらつきである。光ファイバ３０４（１”）〜３０４
（Ｎ＋　１　）においては、ファイバの分散特性などの
ばらつきである。

高速に並列データ伝送を行う場合、特にこれらの素子特
性のばらつきや送信される信号のパターン効果が、送信
情報のデータ間のスキュー（位相歪）や信号間の遅延ば
らつきを増大させる。また、布設されるケーブル間の距
離精度によっても信号間の位相ばらつきは生じてしまう
、受信部３１０においては、同期線３０２（Ｎ＋　１　
）を用いて送信される同期クロックと識別再生回路３０
９（１）〜３０９（Ｎ）を用いて送信情報の信号波形の
識別再生を行い、データ間のスキューおよび信号間の遅
延ばらつきを吸収していた。しかしながら、同期クロッ
クおよび送信情報は、素子特性のばらつきや送信信号の
パターン効果などのために波形ジッタを有している。き
らには送信情報のスキューなどの吸収に用いる同期クロ
ックと送信信号の位相関係は、バス布設時に一意に定ま
る。このため、送信信号間及び同期クロック相互の位相
関係が最適な状態にあるとは限定できず、加えて送信信
号及び同期クロックのジッタのために、識別再生回路３
０９（１”）〜３０９（Ｎ）を用いて波形の識別再生を
する際の符号誤りの発生率が高くなる。そのため、送信
部３０１−受信部３１０間での伝送誤り率が低下する。

このような欠点は、光ファイバを用いた高速光バスのよ
り一層の高速化を阻む要因となっている。

本発明は上記欠点に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は、送信側から受信側に対して信号線路数を増加
きせることなく同期クロックを送信することにより受信
信号の識別を誤りなく行うと共に、並列に送信されるデ
ータ間の位相状態が同位相となるように送信データの位
相を制御する高速光バスを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決し上記目的を達成するために本発明
が提供する手段は、Ｎ個のデータ信号と１個のクロック
信号とでなるＮ＋１個の情報系列を伝送する高速光バス
であって、前記クロック信号が共通に入力きれ前記Ｎ個
のデータ信号の波形整形を行うＮ個の波形整形回路と、
前記Ｎ個の波形整形回路の出力が各々入力されるＮ個の
第１の電気／光変換器と、前記クロック信号が入力され
前記Ｎ個の第１の電気／光変換器のうちの少なくとも１
個の第１の電気／光変換器とは光波長が異なる１個の第
２の電気／光変換器と、前記第２の電気／光変換器の光
出力とこの光出力とは光波長が異なる前記Ｎ個の第１の
電気／光変換器のうちの任意の１つの電気／光変換器の
光出力とが入力される光合波器と、前記第１のＮ−１個
の電気／光変換器と前記光合波器に一端が各々接続され
た８本の光ファイバと、前記光合波器に接続された光フ
ァイバの出力を入力する光分波器と、前記光分波器の２
つの光信号出力と前記第１のＮ−１個の電気／光変換器
に接続された前記光ファイバの出力とを入力するＮ＋１
個の光／電気変換器と、前記Ｎ＋１個の光／電気変換器
の出力を増幅するＮ＋１個の広帯域増幅器と、前記Ｎ＋
１個の広帯域増幅器に従属接続され電気信号の伝播時間
を可変とするＮ＋１個の電気信号遅延手段と、前記Ｎ＋
１個の電気信号遅延手段のうち前記データ信号に対応す
るＮ個の電気信号遅延手段出力からクロック成分を抽出
するＮ個のタイミング抽出手段と、前記Ｎ＋１個の電気
信号遅延手段のうち前記クロック信号に対応する１個の
電気信号遅延手段出力を基準のクロック信号とし、該ク
ロック信号と前記Ｎ個のタイミング抽出手段の出力とし
て得られる前記クロック成分との位相比較を各々行いこ
れら各クロック成分に対応する前記電気信号遅延手段に
遅延制御信号を各々出力するＮ個の位相比較器と、前記
クロック信号に対応する１個の電気信号遅延手段出力の
クロック信号で前記Ｎ個の電気信号遅延手段出力を各々
識別するＮ個の識別再生回路とを含むことを特徴とする
。

（作用） 高速光バスを実現する上で、構成する回路数をできるだ
け少なくすることが望ましく、送信部において同期クロ
ックを用いて送信データの波形整形を行うと共に、送信
部から受信部へ同期クロックを送信しデータ間のスキュ
ーおよび信号間の遅延ばらつきを吸収することにより、
より少ない回路規模での高速光バスの実現が期待できる
。この同期クロックはＮ個の情報のうち１個の情報の送
信データ線を用いて受信部へ送信される。また、送信部
から伝送されたＮ個の情報は、光／電気変換器で電気信
号に変換され、増幅された後に電気信号遅延手段を介し
て２分岐される。２分岐されたデータ信号のうち一方は
、タイミング抽出回路へ入力され、自データから粗いク
ロック信号を抽出する。このタイミング抽出回路で抽出
されたＮ個の粗いクロック信号は、各々の位相比較器に
入力される。また、データ系列と同様に広帯域増幅器で
増幅された同期クロックは、Ｎ個の位相比較器に共通に
入力きれ、Ｎ個の粗いクロック信号との位相比較が各々
行われる。この位相比較器の出力は、広帯域増幅器に従
属に設けられているＮ個の電気信号遅延手段に対して、
位相比較結果にもとづき、同期クロックとＮ個の各々の
粗いクロック信号とが同位相となるべく、遅延量の増減
を制御する電気信号（遅延制御信号）を発生する。これ
によってＮ個のタイミング信号、すなわちＮ個のデータ
信号は送信側から送信された同期クロックと位相は全て
同位相となり、この同期クロックで電気信号遅延手段の
データ出力信号を識別再生するから、データ間のスキュ
ーおよび信号間の遅延ばらつきの吸収が可能となり、デ
ータ間の同期を確実に得ることが可能となる。

（実施例） 以下に、本発明の高速光バスの動作原理を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す高速光バスの構成図
であり、１０１は送信部、１０２（１”）〜１０２（Ｎ
＋１）はデータ線、１０３（１）〜１０３（Ｎ）は波形
整形回路（ＲＥＧ）、１０４（１’）〜１０４（Ｎ＋１
）は電気／光変換部（ＥＯ）、１０５（１”）〜１０５
（Ｎ　”）　、　１０５１　、１０５２　、１０５３　
、１０５４は光ファイバ、１０５５は光合波器（電気通
信技術ニュース社発行の技術書ｒ光ファイバ通信」に光
分波器の一例が記載きれている）、１０５６は光分波器
（前掲の技術書「光フアイバ通信」に−例の記載がある
）、１０６（１）〜１０６（Ｎ＋　１　）は光／電気変
換部（ＯＥ）、１０７（１）〜１０７（Ｎ＋　１　）は
広帯域増幅回路（Ａ）、１０ｇ（１）〜１０ｇ（Ｎ＋　
１　）は電気信号遅延回路（ＤＬ）、１０９（１”）〜
１０９（Ｎ）は識別再生回路（ＤＥＣ）、１ｔＯ（１）
〜１１０（Ｎ）はタイミング抽出回路（ＴＩＭ）（産報
から出版された技術書ｒＰｃＭ通信の基礎と新技術」に
−例の記載がある）、１１１（１）〜１１１（Ｎ）は位
相比較Ｗ（ＰＣ）（技術書’　Ｐ　Ｌ　Ｌ　−Ｉ　ＣＯ
＞使い方Ｊ　ｉ＝−例が記載されている）、１１３は受
信部である。

同図において、送信部１０１から送信されるＮ個の並列
情報は、データ！１０２（１）〜１０２（Ｎ）を用いて
伝送きれ、Ｎ個の波形整形回路１０３（１）〜１０３（
Ｎ）に入力される。、この波形整形回路１０３（１）〜
１０３（Ｎ）に入力された並列情報は、同じく送信部か
らデータ線１０２（Ｎ＋　１　”）を介して伝送きれ、
Ｎ個の波形整形回路１０３（１）〜１０３（Ｎ）に入力
される同期クロックによって識別再生することにより、
電気信号から光信号に変換される直前において、スキュ
ー補償が行われる。波形整形回路１０３（１）〜１０３
（Ｎ）においてスキュー補償がなされたＮ個の並列情報
は、Ｎ個の電気／光変換部１０４（１）〜１０４（Ｎ）
において、電気信号から光信号へ変換される。同様に送
信部からデータ線１０２（Ｎ＋　１　）を介して伝送さ
れた同期クロックは、電気／光変換部１０４（Ｎ＋　１
　）において、電気信号から光信号へ変換されるが、こ
の１０４（Ｎ＋　１　）の電気／光変換部の光出力信号
の光波長は、１０４（Ｎ）の電気／光変換部の光出力信
号の光波長と異なる事が必要である。１０４（１）〜１
０４（Ｎ−１）の電気／光変換部で光信号に変換された
Ｎ−１個の並列情報は、Ｎ−１本の光ファイバに出力さ
れる。１０４（Ｎ）の電気／光変換部で光信号に変換さ
れたデータ情報は、１０５１の光ファイバに出力される
。同様に、電気／光変換部１０４（Ｎ＋　１　”）で光
信号に変換された同期クロックは、光ファイバ１０５２
に出力される。

光ファイバ１０５１および１０５２を介して光合波器１
０５５に入力された１個のデータ情報と同期り′０−ツ
タは、各々異なる波長の光信号である。この２つの波長
の光信号は、光合波器１０５５に於て１本の光ファイバ
で伝送すべく合波され光ファイバ１０５（Ｎ）に出力さ
れる。一本の光ファイバ１０５（Ｎ）を介して伝送され
た１個のデータ情報と同期クロックは、光分波器１０６
６に於て再び各々の波長毎に分離され光ファイバ１０５
３及び１０５４に出力される。この光合波１分波器に要
求される特性としては、■低損失、■低クロストーク、
■低コスト、■高侶頼性等があげられる。基本素子とし
ては、■プリズム、■干渉膜フィルタ、■回折格子が主
に用いられている。このような光合波器１分波器を用い
て独立の波長の複数の光信号を一本の光ファイバで伝送
する技術を波長分割多ｆｉ（ＷＤＭ）技術と言い、伝送
容量を拡大しより経済的なシステムを構成することがで
きる。

光ファイバ１０５（１）〜１０５（Ｎ−１）　、　１０
５３　。

１０５４に送出された光信号は、Ｎ＋１個の光／電気変
換部１０６（１”）〜１０６（Ｎ＋　１　）に結合され
る。

この場合、結合効率を高めるためにも、光学レンズを用
いて光結合を行うことがある。Ｎ＋１個の光／電気変換
部１０６（１）〜１０６（Ｎ＋　１　）において、光信
号から電気信号に変換されたＮ個の並列データｆｆ報及
び同期クロックは、Ｎ＋１個の広帯域増幅器１０７（１
）〜１０７（Ｎ＋　１　）によって充分な振幅レベル（
例えばＩＶｐ−ｐ）になるように増幅される。この広帯
域増幅器１０７（１）〜１０７（Ｎ＋１）で増幅された
信号は、一定遅延量を持つ電気信号遅延回路１０８（１
）〜１０８（Ｎ＋　１　）へ入力される。この電気信号
遅延回路のうち、受信データを遅延きせたＮ個の電気信
号遅延回路１０ｇ（１）〜１０ｇ（Ｎ）の出力信号は２
分岐され、そのうち一方の信号がＮ個のタイミング抽出
回路１１０（１）〜１１０（Ｎ）へタイミング抽出情報
として入力される。タイミング抽出回路１１０（１）〜
１１０（Ｎ）では、電気信号遅延回路１０８（１）〜１
０８（Ｎ）から入力された受信情報から粗いクロック成
分を抽出し、この信号を自己抽出クロックとして出力す
る。受信情報からクロック成分を抽出する方法を“自己
タイミング抽出方式”と呼び、例えばＳＡＷフィルタ（
弾性表面波フィルタ）を用いた方法が知られているが、
本発明では受信情報から粗いクロック成分を抽出するの
みでよいから、ＳＡＷフィルタを用いる必要はなく、デ
ータの変化点検出を行い論理操作でクロック成分を粗抽
出する簡単な構成で良い、タイミング抽出回路１１０（
１）〜ｔｔＯ（Ｎ）で抽出された粗い各々の自己抽出ク
ロックは位相比較器１１１（１）〜１１１（Ｎ）へ入力
される。一方、広帯域増幅器１０７（Ｎ＋１）で増幅さ
れた送信部からの同期クロックは、Ｎ個の位相比較器１
１１（１）〜１１１（Ｎ）へ基準の位相同期クロックと
して共通に入力される０位相比較器１１１（１）〜１１
１（Ｎ）では、タイミング抽出回路１１０（１）〜１１
０（Ｎ）から入力される同期クロックとの位相差検出を
行い、電気信号遅延回路１０８（１）〜１０８（Ｎ）に
対して遅延量の増減を制御する制御信号を各々出力する
。！気信号遅延回路１０ｇ（１）〜ｔｏｓ（Ｎ）では、
位相比較器１１１（１）〜１１１（Ｎ）から入力される
制御信号によって遅延量を変化し、電気信号状態にある
受信情報の位相を変える。電気信号遅延回路１０８（１
）〜１０８（Ｎ）の総遅延量を必要以上に設定すること
は、高周波特性を劣化させる原因となり兼ねないから、
伝送ビットレートとの兼合で決定することが必要である
（例えば、１タイムスロット分に設計する）、ｉ＝た、
電気信号遅延回路１０８（１）〜１０８（Ｎ）の初期遅
延量としては、遅延量の増減動作に余裕を持つためにも
、総遅延量のにの遅延量になるように位相比較器１１１
（ｉ　）〜ｔｔｔ（Ｎ）からの遅延制御信号を設定する
必要がある。きらに電気信号遅延回路１０８（Ｎ＋　１
　）の設定量は、電気信号遅延回路１０８（１）〜１０
８（Ｎ）の制御動作が飽和しないためにも、電気信号遅
延回路１０８（１）〜１０８（Ｎ）の遅延量よりも若干
大きな遅延量に設計する必要がある。電気信号遅延回路
の実現方法としては同軸ケーブル、通常の受動素子等種
々考えられるが、本実施例では高性能、高密度遅延素子
をＭ区間と、高分解能可変機構とを組合わせた超高速遅
延回路を一例として述べる。その−例としては、ＥＣＬ
ゲートと超高速遅延回路とを組合わせたプログラマブル
遅延回路（例えば、ニルメック社製＝６ビツト超高速デ
ィレーラインＰＤＥタイプ）がある、これらプログラマ
ブル遅延回路は、ｎピットのアドレスを有しており、こ
のアドレスを外部から電気的に設定することによって遅
延時間を設定することができる０例えば、エルメック社
製のＰＤＥタイプは、入力及び出力がＥＣＬゲートでバ
ッファされている。また内部に論理ゲートを有している
から電源電圧として一５ｖおよび一２ｖを供給して用い
る。このような高性能遅延回路は、高速、高精度に電気
信号の遅延時間を制御することができる。

このように、電気信号遅延回路１０ｇ（１）〜１０８（
Ｎ）によって同位相となった並列の受信データは、電気
素子１発光素子、受光素子の特性のばらつき、光ファイ
バの分散特性などのばらつき、送信信号のパターン効果
によって生じるデータ間のスキューおよび信号間の遅延
ばらつきが吸収された状態となっている。したがって、
識別回路１０９（１）〜１０９（Ｎ）においてこの受信
情報を、送信部１０１から送信された同期クロックを用
いて識別再生することにより、受信部１１３に対して遅
延ばらつき、スキューを取り除いた並列受信情報間で同
期の取れたデータを送ることが可能となる。

（発明の効果） このように、本発明は同期クロックを伝送線路数を増加
させることなく送信部から受信部に伝送し、この同期ク
ロックと並列受信情報間との位相を揃えるようにしたも
のであり、伝送誤り特性が従来の構成による高速光バス
に比べて著しく改善されていることが分かる。従って、
本発明による高速光バスを用いれば、電子計算機などの
情報処理システム、あるいは並列データ伝送システムに
おいて、高速に情報を伝送することが可能となり、種々
の応用にその活用が期待されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高速光バスの一実施例を示す構成
図、第２図は従来の高速光バスを示す構成図である。 １０１　、３０１・・・送信部、１１３　、３１０・・
・受信部、１０２（１）〜１０２（Ｎ＋　１　）　、　
３０２（１）〜３０２（Ｎ＋１）・・・データ線、１０
３（１）〜１０３（Ｎ）・・・波形整形回路、１０４（
１）〜１０４（Ｎ＋　１　’）　、　３０３（１）〜３
０３（Ｎ＋　１　）・・・電気／光変換部、１０５（１
）〜１０５（Ｎ）　、　３０４（１）　〜３０４（Ｎ＋
　１　’）　、　１０５１゜１０５２　、１０５３　、
１０５４−・・光ファイバ、ｔｏｓ（１）　〜１０６（
Ｎ＋１）、３０５（１）〜３０５（Ｎ＋　１　）・・・
光／電気変換部、１０７（１）〜１０７（Ｎ＋　１　）
　、　３０６（１）　〜３０６（Ｎ＋　１　）−’広帯
域増幅回路、１０８（１）〜１０ｇ（Ｎ＋　１　）・・
・電気信号遅延回路、１０９（１）〜１０９（Ｎ　）　
、　３０９（１）〜３０９（Ｎ）・・・識別再生回路、
１１０（１）〜１１０（Ｎ）・・・タイミング抽出回路
、１１１（１）〜１１１（Ｎ）・・・位相比較器、１０
５５・・・光合波器、工０５６・・・光分波器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎ個のデータ信号と１個のクロック信号とでなるＮ＋１
   個の情報系列を伝送する高速光バスにおいて、前記クロ
   ック信号が共通に入力され前記Ｎ個のデータ信号の波形
   整形を行うＮ個の波形整形回路と、前記Ｎ個の波形整形
   回路の出力が各々入力されるＮ個の第１の電気／光変換
   器と、前記クロック信号が入力され前記Ｎ個の第１の電
   気／光変換器のうちの少なくとも１個の第１の電気／光
   変換器とは光波長が異なる１個の第２の電気／光変換器
   と、前記第２の電気／光変換器の光出力とこの光出力と
   は光波長が異なる前記Ｎ個の第１の電気／光変換器のう
   ちの任意の１つの電気／光変換器の光出力とが入力され
   る光合波器と、前記第１のＮ−１個の電気／光変換器と
   前記光合波器に一端が各々接続されたＮ本の光ファイバ
   と、前記光合波器に接続された光ファイバの出力を入力
   する光分波器と、前記光分波器の２つの光信号出力と前
   記第１のＮ−１個の電気／光変換器に接続された前記光
   ファイバの出力とを入力するＮ＋１個の光／電気変換器
   と、前記Ｎ＋１個の光／電気変換器の出力を増幅するＮ
   ＋１個の広帯域増幅器と、前記Ｎ＋１個の広帯域増幅器
   に従属接続され電気信号の伝播時間を可変とするＮ＋１
   個の電気信号遅延手段と、前記Ｎ＋１個の電気信号遅延
   手段のうち前記データ信号に対応するＮ個の電気信号遅
   延手段出力からクロック成分を抽出するＮ個のタイミン
   グ抽出手段と、前記Ｎ＋１個の電気信号遅延手段のうち
   前記クロック信号に対応する１個の電気信号遅延手段出
   力を基準のクロック信号とし、該クロック信号と前記Ｎ
   個のタイミング抽出手段の出力として得られる前記クロ
   ック成分との位相比較を各々行いこれら各クロック成分
   に対応する前記電気信号遅延手段に遅延制御信号を各々
   出力するＮ個の位相比較器と、前記クロック信号に対応
   する１個の電気信号遅延手段出力のクロック信号で前記
   Ｎ個の電気信号遅延手段出力を各々識別するＮ個の識別
   再生回路とを含むことを特徴とする高速光バス。